無(wú)線通信的心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文

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1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1信號(hào)采集模塊

心電信號(hào)屬于低頻、微弱和強(qiáng)噪聲背景下的自然信號(hào)，為了提取有用的心電信號(hào)，使得前置放大電路應(yīng)具有高共模擬制比、高輸入阻抗、低噪聲和低溫漂等特點(diǎn)。為了更進(jìn)一步提高前置放大電路的共模擬制效果，采用了右腿驅(qū)動(dòng)電路。心電信號(hào)的頻帶范圍主要分布在0.05～100Hz，為了在復(fù)雜的信號(hào)中提取出有用的心電信號(hào)，采用了四階低通濾波器和二階高通濾波器。雖然前置放大電路對(duì)共模干擾有很強(qiáng)的抑制作用，但是仍有小部分50Hz的干擾信號(hào)沒(méi)有被濾除，再加上外界干擾和不可避免的因素存在，使得提取的有用信號(hào)中仍然有較強(qiáng)的50Hz工頻干擾，因此設(shè)計(jì)了50Hz陷波器。此時(shí)為了后期對(duì)提取的有用心電信號(hào)進(jìn)一步處理，符合A/D轉(zhuǎn)換器的輸入電壓，需要進(jìn)一步對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，采用了二級(jí)放大電路。其整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1.2信號(hào)的控制與傳輸

信號(hào)的接受與發(fā)送采用的是TI公司經(jīng)過(guò)幾次優(yōu)化的CC2530，該芯片適應(yīng)于2.4GHzIEEE802.15.4的RF收發(fā)器，具有極高的接受靈敏度和抗干擾能力，可編程的輸出功率高達(dá)4.5dBm，且連接簡(jiǎn)單，外電路只需接少量器件即可。微控制器選用的是MSP430F149用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)收發(fā)狀態(tài)信息的讀寫(xiě)。

1.3電源供電模塊

電源是各個(gè)模塊必不可少的部分，各個(gè)模塊所使用的電壓也有所不同，本次設(shè)計(jì)包括信號(hào)采集模塊電源設(shè)計(jì)、信號(hào)發(fā)送模塊電源設(shè)計(jì)、信號(hào)接收模塊設(shè)計(jì)和串口的電平轉(zhuǎn)換模塊。其中信號(hào)采集模塊使用的運(yùn)放有AD627、OPA333和OPA2333，其所需電壓為-3.3V，信號(hào)發(fā)射與接收模塊采用芯片MSP430F149、CC2530F64，所需電壓為+3.3V?？梢杂萌?jié)干電池（4.5V）來(lái)供電，對(duì)其進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。

（1）對(duì)運(yùn)放AD627、OPA333和OPA2333而言，需要將4.5V轉(zhuǎn)換為-3.3V，所采用的是ADM660芯片，可外加少量的器件即可實(shí)現(xiàn)電平的轉(zhuǎn)換，簡(jiǎn)單易行。對(duì)MSP430F149、CC2530F64需要將4.5V轉(zhuǎn)換為+3.3V，可用電荷泵MAX1759實(shí)現(xiàn)。具體電路圖所示：

（2）信號(hào)接收模塊需要與電腦連接，從電腦端口的USB接口獲取+5V的電壓，需要將5V電壓轉(zhuǎn)化為+3.3V電壓，才能使單片機(jī)正常工作，本次設(shè)計(jì)采用芯片LM1117實(shí)現(xiàn)。

（3）接收器接收的信號(hào)要通過(guò)RS-232串口傳給電腦，但串口的TXD和RXD的電平為正負(fù)3伏到正負(fù)15伏之間，而單片機(jī)的輸出電平為0～＋3V之間。必須要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，可用芯片MAX3232PCE來(lái)實(shí)現(xiàn)，該芯片所需電壓為5伏，可直接由電腦USB接口供電且只需接少量器件即可實(shí)現(xiàn)[3]-。

2軟件設(shè)計(jì)

(1)選用CC2530芯片具有低功耗的特點(diǎn)，采集到的心電信號(hào)通過(guò)串口通信，用Labview進(jìn)行分析。由于Labview具有的高效率的信號(hào)處理模塊和友好的可操作界面。如下圖的心電信號(hào)采集登錄系統(tǒng)界面。

(2)Labview具有眾多圖形化的通信模塊和信號(hào)的采集、分析、處理等方便簡(jiǎn)潔?？梢詼p少電路的外圍器件，提高電路的穩(wěn)定性和可靠性，另外labview還具有對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行有效的保存和回放功能，可以方便醫(yī)療人員隨時(shí)對(duì)心電信號(hào)進(jìn)行查看比對(duì)。

3結(jié)論

本文主要設(shè)計(jì)了基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的心電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。其中硬件部分包括信號(hào)采集、濾波、放大、處理、發(fā)設(shè)、接收等。通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了多次仿真測(cè)試、結(jié)果表明該心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)能夠正確采集、存諸、處理心電信號(hào)。使得醫(yī)生能夠?qū)崟r(shí)、準(zhǔn)確地了解患者心臟的活動(dòng)狀況，能夠在突發(fā)時(shí)刻采取相應(yīng)的措施，以減少死亡率。

作者：李偉 楊艷 陳萬(wàn) 唐松 單位：蚌埠學(xué)院機(jī)械與電子工程系